Пропитка расплавом

В программе Британского института тазовых турбин для получения композитов из никелевых сплавов, упрочненных вольфрамовой проволокой, была использована пропитка расплавленным металлом. Дин [9] сообщает, что проблему растворимости решает быстрая пропитка расплавом пучка проволоки с последующим [c.91]

Правило смеси 23, 54, 55, 137, 233 --и отклонения от него при нагружении сжатием 247 Предел текучести 245—247 Пропитка расплавом 80, 91, 128, 321—327 [c.433]

Нестабильность поверхностей раздела иного рода может быть связана с растворением упрочняющей фазы в процессе получения композиции или при высокотемпературных испытаниях. Например, жаропрочные композиции на основе никеля или ниобия армированные вольфрамовой проволокой, получают вакуумной пропиткой расплавом. Уже при заливке вольфрамовая арматура [c.66]

Существует несколько разновидностей метода, различающихся между собой условиями пропитки 1) пропитка расплавом при нормальном давлении 2) вакуумное всасывание 3) пропитка расплавом под давлением 4) комбинированные методы пропитки. [c.91]

Перспективной и значительно более широко применяемой разновидностью метода пропитки расплавом при нормальном давлении является непрерывная пропитка пучка волокон. Схема такого технологического процесса показана на рис. 41 [97, 98, 991. Пропитываемые волокна поступают в ванну с расплавленным металлом, не соприкасаясь друг с другом, затем они проходят через фильеру, формирующую пруток, который вытягивается с определенной скоростью, обеспечивающей на выходе отверждение матрицы с волокном. При вытягивании пруток может иметь различную степень закрутки на единицу длины. Такая технология позволяет изменять содержание волокна, обеспечивая при этом равномерное распределение волокон в поперечном сечении. Виды и формы изделий, которые можно получить этим методом, показаны на рис. 42 [97]. [c.92]

Большинство материалов, применяющихся в качестве упрочняющих волокон или нитевидных кристаллов, при температурах пропитки в большей или меньшей степени склонно к окислению, в результате которого могут значительно снизиться их свойства. Кроме того, образование окисной пленки на поверхности упрочняющих волокон изменяет условия смачиваемости волокон расплавом матрицы и влияет на величину и характер прочности связи на границе раздела матрица — волокно, поэтому изготовление композиционных материалов методом пропитки расплавом осуществляется главным образом либо в защитной атмосфере, либо в вакууме. Причем вакуум во многих случаях является более предпочтительной средой, активирующей поверхность пропитываемых волокон и улучшающей условия смачиваемости. [c.98]

Путем пропитки расплавом никеля образцов из твердых сплавов на основе Ti можно также повысить прочность заранее выбранных участков образца, сохраняя при этом высокую твердость частей изделия, подвергающихся износу [98]. [c.70]

Очевидно, наиболее важная задача химической совместимости связана с непосредственной реакцией между волокном и матрицей. Для композиций с легкоплавкими металлическими матрицами, такими, как бор — алюминий, химические реакции предотвращаются путем использования возможно более низких температур изготовления. Для матриц с малым сопротивлением ползучести высокие давления позволяют использовать более низкие температуры и получить наряду с этим хорошее уплотнение и связь. Некоторые системы, например бор—магний или медь — вольфрам, могут быть изготовлены методом пропитки расплавом, так как указанные компоненты систем не взаимодействуют друг с другом и являются взаимно нерастворимыми. [c.43]

Несмотря на то, что метод пропитки расплавом оказался вполне приемлемым для матриц с низкой температурой плавления, таких, как алюминиевые [20, 21] или серебряные [47], было обнаружено, что указанный метод очень сложен для матриц на основе ни1 8ля и большинства практически важных никелевых сплавов. Трудности возникают вследствие того, что сапфир не обладает способностью спонтанно смачиваться жидким металлом поэтому для обеспечения смачивания и облегчения изготовления композиции необходимо металлическое покрытие. Для пропитки алюминием или серебром поверхность сапфира покрывали более тугоплавкими металлами, т. е. никелем или нихромом [23], улучшающими смачивание покрытия для этих целей наносили распылением. В случае пропитки никелевыми сплавами в качестве покрытий волокон необходимы более тугоплавкие металлы, однако скорость растворения этих металлов сильно ограничивает допустимое время пропитки. [c.170]

Попытки изготовления образцов для испытаний методом пропитки расплавом были безуспешными в связи с отсутствием [c.214]

Основные недостатки плазменных покрытий — относительно невысокая плотность и недостаточное сцепление с основой, что снижает их защитные свойства. Поэтому часто применяют различные способы уплотнения покрытий оплавление пропитки расплавами, диффузионный отжиг, обжатие. Используют также добавки в порошковые смеси на основе тугоплавких металлов небольших количеств сравнительно легкоплавких составляющих и твердых тугоплавких соединений. Так, в патенте для напыления предложены молибденовые сплавы, содержащие, % (по массе) 2—8 Со 0,1—1 Ni 0,1—0,2 Fe, В, Zr, Si (в сумме), 4—10 карбидов, боридов или нитридов, остальное — молибден. [c.330]

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ НА ПРОПИТКУ РАСПЛАВАМИ [c.181]

Глава начинается с обсуждения основных термодинамических свойств металлов и окислов, причем основное внимание уделено тем окислам, которые могут быть использованы в виде волокон и покрытий. Затем рассмотрено применение методов термодинамики твердых растворов для оценки стабильности композитов. В обзорном плане изложены обширные литературные данные о взаимодействии жидких металлов с окислами, полученные при изучении процессов изготовления керметов и пропитки усов расплавом. Цель этого обзора —обобщить имеющуюся информацию о смачивании окислов жидкими металлами и вывести основные закономерности. Далее проанализировано соотношение между смачиванием и формированием связи в композитах. Применительно к режимам изготовления и условиям службы композитов рассматриваются диффузионная сварка и твердофазные реакции, причем более подробно— кинетика реакций металл — окисел и характеристики поверхности раздела. Глава завершается анализом имеющихся литературных данных о механических свойствах, чувствительных к состоянию поверхностей раздела. Этот анализ ограничен несколькими металлическими системами, упрочненными окислами, которые изучены в настоящее время. [c.308]

Смачивание твердого окисла расплавом является главным условием получения композитов способами пропитки и диффузионной сварки через жидкую фазу, а также образования достаточно прочной связи. Степень смачивания определяется силами, действующими на поверхности раздела капли расплава и гладкой твердой поверхности. Для определения степени смачивания удобен метод сидячей капли, схема которого приведена на рис. 4, Соотношение сил поверхностного натяжения определяется уравнением Юнга [c.314]

Как с очевидностью следует из проведенного обсуждения, методу пропитки свойственны некоторые трудноразрешимые проблемы. При изготовлении композита пропиткой чрезвычайно важно обеспечить смачивание волокон расплавом. Существенное повышение температуры заливки (например, значительно выше 7пл алюминия) или использование поверхностно-активных веществ может привести к неполному смачиванию в практически важных системах. Вследствие применения указанных приемов происходит недопустимое ухудшение механических свойств волокна, а значит, и всего композита. Покрытия, в частности вольфрамовые, облегчают смачивание, однако при такой толщине, которая приемлема для тонких волокон, они не обладают достаточной долговечностью в контакте с жидким металлом. Волокна большого диаметра (>0,25 мм) в прочных матрицах, которые представляются практически интересными, механически повреждаются (двойникова-нием или скольжением) при охлаждении от температуры пропитки. [c.333]

В книге рассмотрены поверхностные явления расплавов на границе с твердым телом. Приведены результаты исследования растекания, смачивания, растворения, адгезии, а также межфазных явлений на границе твердое тело — расплав, которые широко привлекаются к решению теоретических вопросов спекания, пропитки, кристаллизации, модифицирования и других важных проблем. [c.2]

Как известно, пропитка капиллярно-пористых тел несмачивающими расплавами может иметь место лишь под воздействием внешнего давления. Поэтому определение зависимости минимального давления, необходимого для продавливания несмачивающих металлических расплавов через поры огнеупорных изделий, от размера пор и свойств расплавов представляет как практический, так и теоретический интерес. [c.78]

Проведенный анализ позволяет заключить, что растекание расплавов по твердым телам, которое наблюдается в процессах пропитки, нанесения покрытий и т. п., определяется возможностью образования стабильных или метастабильных пленок жидкого металла. Такое явление иллюстрируют кривые изменения натяжения пленок с толщиной. [c.135]

В заключение нужно отметить, что термодинамический анализ влияния образования пленок на процессы растекания и пропитки можно применить к объяснению устойчивости тугоплавких частиц в расплавах металлов. [c.137]

Изучено влияние размера пор, высоты изделий и свойств несмачиваемого расплава на величину минимального давления продавливания расплава через поры, изделий. Размер пор определяли по скорости капиллярной пропитки изделий смачивающей неполярной жидкостью. В качестве металлического расплава использовали ртуть. Установлено уравнение для определения минимального давления продавливания несмачивающего металлического расплава через поры капиллярно-пористых тел. Рис. 1, библиогр. 12. [c.225]

Среди важнейших технологических факторов (температура, время и др.) особое место занимает давление при изготовлении деталей методом пропитки матричным расплавом каркаса армирующих волокон. [c.9]

Таким образом, давление пропитки ири получении композиционных материалов выступает не только как фактор гидродинамический, обеспечивающий пропитку матричным расплавом каркаса из волокон, но и как физико-химический, определяющий интенсивность взаимодействия и обеспечивающий требуемый уровень прочностных свойств. [c.10]

Эксперименты по пропитке углеродных волокон расплавами на основе магния показали, что даже при довольно высоких давлениях (до 70 кгс/см ) образцы имеют излом первого или второго типа. Хрупкий излом третьего типа получить не удалось. Все это свидетельствует об отсутствии интенсивного взаимодействия углеродного волокна с магнием волокна, вытравленные из композиции, не отличались по прочности от исходных (рис, 39). [c.87]

I. ПРОПИТКА волокон РАСПЛАВОМ МАТРИЦЫ [c.90]

Однако чрезвычайно высокая реакционная способность большинства армирующих материалов в контакте с металлическими расплавами значительно сужает возможности практического применения метода пропитки. Другим важным моментом, играющим существенную роль в процессе получения композиционного материала пропиткой, является необходимость хорошей смачиваемости упрочняющих волокон жидкой матрицей, поскольку при невыполнении этого условия значительно усложняется технология получения материала. [c.91]

Пропитка волокон расплавом матрицы при нормальном давлении и разновидность этого метода — пропитка пучка волокон протяжкой их через расплав, или, как иногда его называют, метод непрерывного литья композиционных материалов, является оптимальным способом изготовления изделий сложной формы и полуфабрикатов в виде прутков, труб, профилей и др. Этот метод применим в тех случаях, когда волокна термодинамически стабильны в расплавленной матрице или слабо с ней взаимодействуют, количество волокон в объеме получаемого изделия не превышает определенных значений, волокна хорошо смачиваются расплавом матрицы. [c.91]

Прутки из композиционного материала магний—борное волокно диаметром 6,35 мм и длиной 102 мм изготовляли пропиткой жидким магнием пучка борных волокон, набиваемых в трубки из окиси алюминия, на установке, схематически изображенной на рис. 44 [122]. Количество волокон в трубках составляло 50, 60 и 70 об. %. Для свободного удаления композиционного материала трубку смазывали смесью коллоидного графита с этиловым спиртом. Металлографические исследования и механические испытания полученных образцов показали, что наиболее эффективная пропитка волокон бора достигалась при их содержании в трубке 60—70 об. % и при температуре расплава 750°С. В образцах, содержащих менее 65 об. % волокон, было обнаружено большое количество пор. Взаимодействия между магнием и бором в полученных по указанному режиму образцах не обнаружено. Максимальный предел прочности образцов при сжатии был равен 321 кгс/мм . [c.94]

Разработан метод получения пропиткой композиционного материала на основе алюминия, упрочненного волокном из карбида кремния [113]. Особенностью изготовления этого материала является весьма высокая температура расплава, достигающая 1050° С, необходимая для обеспечения хорошей смачиваемости волокна расплавленным металлом. В результате контактного взаимодействия волокна с [расплавленным металлом при этой температуре его прочность снижается более чем на 30% (с 350 до 220 кгс/мм ). Для снижения температуры пропитки и улучшения смачиваемости было предложено наносить на волокна карбида кремния покрытия из никеля, меди или вольфрама. Применение покрытия позволяет снизить температуру пропитки до 700° С и сократить до нескольких минут время пропитки. Изготовленный по такой технологии материал с матрицей из алюминия (предел прочности 3 кгс/мм , относительное удлинение 40%), упрочненный 15 об. % волокна с покрытием, имел предел прочности 24 кгс/мм и относительное удлинение 0,6%. [c.97]

Метод вакуумной пропитки применяли для получения композиционного материала алюминий — углеродное волокно. На жгуты из углеродного волокна наносили покрытие из кремния, карбида кремния или никеля, улучшающее смачиваемость и уменьшающее взаимодействие волокна с расплавом. Жгуты с покрытыми волокнами в вакууме (2—5) 10 мм рт, ст, загружали в расплавленный алюминий. Полученный композиционный материал, содержащий 30 об.% углеродного волокна, имел предел прочности 75 кгс/см (патент Японии № 7300106, 1973 г.). [c.100]

Первые работы по упрочнению металлов окислами были сосредоточены, в основном, на технологии получения композитов методом пропитки расплавом и фундаментальных исследованиях процессов смачивания окисла жидким металлом и формирования связи с окислами. Исследования систем жидкий металл — твердый окисел стимулировались наличием исходных окисных материалов в виде матов из очень мелких усов AI2O3 и стеклянной пряжи. Для заполнения чрезвычайно тонких каналов между волокнами в этих материалах естественно было воспользоваться пропиткой жидким металлом. В результате этих исследований получено много практически важных данных, обзор которых и будет здесь приведен. Цель настоящего обзора — описать основы смачивания, пропитки расплавом и образования связи, а также проанализировать имеющиеся данные для отдельных систем металл — окисел. [c.314]

Смачивание, а следовательно, и пропитка расплавом в системр чистый алюминий — окись алюминия возможны при нагреве до высоких температур. Однако следует определить оптимальную температуру введения усов корунда в расплавленный алкцлиний с тем, чтобы не допустить избыточного взаимодействия. [c.321]

На рис. 10 показано влияние легирующих элементов на энергию поверхности раздела в некоторых композитах системы никелевый сплав — окись алюминия. Более электроположительные добавки концентрируются на поверхности раздела. При увеличении сродства легирующего элемента к кислороду уменьшается концентрация этого элемента, обеспечивающая полное покрытие поверхности окисла на границе с расплавом (это связано со свободной энергией образования соответствующих окислов). Если растворенные атомы образуют менее стабильные окислы, чем растворитель, то они, по-видимому, не адсорбируются на поверхности раздела, и энергия поверхности раздела изменяется очень мало. Согласно уравнению адсорбции Гиббса, избыток концентрации на поверхности раздела определяется изменением уж.т в зависимости от активности растворенного вещества. На рис. 11 приведена зависимость Y (. т от концентрации титана в никеле. В области линейной зависимости уж.т (интервал концентрации титана 0,1—1,0%) на поверхности AI2O3 образуется монослой титана. При более высоком содержании Ti в расплаве поверхностное натяжение у , т становится постоянным и составляет 0,4 Дж/м , что соответствует, по-видимому, многослойной адсорбции. В этой области концентраций краевой угол становится меньше ЭО"" ( 70°) и пропитка расплавом становится возможной. [c.323]

Интенсивные исследовательские работы по упрочнению усами-сапфира никелевых сплавов тем не менее не позволили разработать технологию производства композита с нужными свойствами (Ноуан [37]). Много осложнений возникло в связи с неоднородностью усов по размеру и качеству. Однако основное препятствие для дальнейших разработок составили большие трудности в изготовлении воспроизводимых испытательных образцов путем пропитки расплавом или гальванического осаждения с последующим горячим прессованием (ЕР/РВ). При исследовании процессов пропитки расплавом обнаружилась необходимость применения покрытий для облегчения смачивания. Однако не было найдено покрытий, устойчивых в контакте с жидким металлом при температурах пропитки (- 1720 К). Условия смачивания были труднодостижимы, и в большинстве случаев испытания на растяжение не были проведены в связи с большой пористостью образцов. [c.345]

Система алюминий — углеродное волокно. По данным [90] алюминий практически не растворим в углероде, а растворимость углерода в алюминии не превышает 0,05% по массе при 1300— 1500° С. Главной реакцией, определяющей взаимодействие углеродного волокна с алюминием, является реакция образования карбида AI4 3. Обычно алюминиевые композиции, армированные углеродными волокнами, получают методами пропитки расплавом [169, 211]. Углеродные волокна не смачиваются расплавами на основе алюминия до 1100° С. При этой температуре волокна растворяются в расплаве на 40—60% своего объема и полностью теряют прочность. Количество карбидной фазы в материале, полученном при температуре самопроизвольного смачивания, настолько велико, что при последующем хранении образцов в течение нескольких дней они самопроизвольно разрушаются в результате выделения ацетилена при реакции карбида с влагой. Если пропитываются волокна с никелевым или медным покрытием, то последнее интенсивно растворяется в расплаве, и волокна разунроч-няются после контакта с расплавом в течение 2—5 мин на 40— 50% исходной прочности. Подобное же явление отмечено в работе [128], авторы которой обеспечивали смачивание путем химической обработки поверхности углеродных волокон. [c.85]

I - металлическая матрица 2 - волокно 3 - предварительная обработка волокон 4 - формование полуфабрикатов 5 - получение слоистого материала из полуфабрикатов 6 - формование (получение композиционного материала и придание формы) 7 - вторичная обработка 8 - применение 9 - элементарные волокна 10 - жгуты, нити 11 - ткани 12 - короткие волокна (монокристал-лические усы" и т. д.) 13 - улучшение смачиваемости волокон металлом и адгезии с ним, регулирование реакционной способности поверхности волокон 14 -химическое и физическое осаждение в газовой фазе 15 - металлизация и т. д. 16 — сырые полуфабрикаты в виде листов или лент 17 — металлизованные в расплаве листы или ленты 18 - пропитанная расплавом лента 19 - листы, полученные методом физического осаждения в газовой фазе 20 — придание материалу заданных анизотропных свойств 21 — горячее прессование 22 — горячее вальцевание 23 - горячая вытяжка 24 — HIP 25 — литье с дополнительной пропиткой расплавом 26 — парафинирование и т. д. 27 — механическая обработка 28 - механическое соединение 29 — диффузионная сварка 30 - парафинирование 31 — электросварка 32 — склеивание и т. д. [c.242]

Никелевые покрытия имеют серьезные недостатки. При длительных выдержках при температурах 1100— 1400 К применение никелевого покрытия углеродных волокон приводит к резкому снижению прочности вследствие рекристаллизации (и графитиза-ции) волокон. При малых толщинах покрытий последующая пропитка расплавом алюминия приводит к растворению покрытия, отслоению матрицы от волокон. При увеличении толщины никелевого покрытия отмечаются высокие концентрации насыщения алюминия никелем, образование интерметаллидного соединения А18Ы1 и охрупчивание матрицы (а косвенно — волокон и композита в целом). [c.24]

II. Пропитка боросилицидных покрытий расплавом Зп—А1. В отличие от технологии пропитки силицидных слоев погружением в расплав, описанной в [3], пропитку боросилицидных покрытий на молибдене проводили отжигом предварительно боросилицированного молибдена в порошковой смеси, содержащей олово и алюминий. Толпщна слоев боросилицированного молибдена [c.49]

Борные волокна с покрытием из нитрида бора оказались весьма стабильными в контакте с расплавленным алюминием. Кэй-мехорт [8] показал, что до тех пор, пока сохраняется целостность этого покрытия, борное волокно остается неповрежденным в расплаве алюминия при 1073 К. На основании этих данных был разработан способ изготовления композитов А —В путем пропитки волокон расплавленным металлом. Форест и Кристиан [11] исследовали сдвиговую и поперечную прочности композита, состоящего из борных волокон с нитридным покрытием н матрицы из алюминиевого оплава 6061. Материал был изготовлен диффузионной сваркой. Прочность этого композита на сдвиг оказалась меньше, а поперечная прочность — существенно меньше, чем материалов, армированных волокнами бора и борсика. Такие низкие значения прочности, возможно, обусловлены слабой связью между нитридом бора и алюминием, хотя в работе отсутствуют данные о характере разрушения, которые могли бы подтвердить это предположение. Связь между алюминием и борным волокном с покрытием из карбида кремния в меньшей степени зависит от способа изготовления материала. По заключению авторов цитируемой работы, наиболее удачное сочетание механических свойств имеет композит алюминиевый сплав бОбГ —непокрытое борное волокно, закаленный с 800 К с последующим старением. [c.128]

Первые попытки изготовить композит алюминий—бор путем пропитки расплавленным металлом были совершенно безуспешными. Кэймехорт [4], обобщив некоторые ранние исследования, привел примеры быстрого разупрочнения волокон бора в присутствии расплавленного алюминия. Волокно интенсивно взаимодействует с расплавом, при этом на нем растут ограниченные кристаллы диборида алюминия. Напротив, в композите, изготовленном путем горячего прессования при температуре ниже 366 К, следов взаимодействия не обнаруживается, хотя продолжительность прессования много больше считанных секунд, необходимых для проникновения расплавленного металла. Эти наблюдения привели Меткалфа к выводу, что окисные пленки сохраняются на поверхности раздела при диффузионной сварке, но разрушаются при пропитке расплавленным металлом [19]. [c.170]

Взаимодействие капли расплава, содержащего химически активные металлы, с усами АЬОз в опытах с сидячей каплей столь велико, что усы диаметром до 5 мкм разрушаются после нескольких минут контакта при 1773 К (Ноуан и др. [38]). В то же время было показано, что прочность усов сапфира может существенно уменьшаться и без заметной реакции, поскольку их высокая прочность зависит от степени совершенства поверхности (разд. IV,А). Были широко исследованы покрытия, которые позволяют добиться смачивания без ухудшения свойств поверхности сапфира. В качестве покрытия, облегчающего смачивание и обеспечивающего защиту, может быть использован вольфрам. Однако из-за высокой скорости растворения вольфрама в никелевых расплавах покрытие должно иметь толщину 10 мкм, чтобы сохраниться при самой быстрой вакуумной пропитке. Ясно, что объемная доля тонких усов с таким покрытием окажется слишком низкой, чтобы эффективно упрочнить металлическую матрицу. На этом попытки ввести усы сапфира в матрицу из Ni-сплава методом пропитки были прекращены. [c.327]

Способ пропитки пучка усов расплавом оказался очень полезным для понимания явлений на поверхности раздела жидкий металл — окисел, и с его помощью была установлена возможность упрочнения окислами низкотемпературных металлических матриц. Однако использование этого способа не позволило получить композиты с нужными свойствами, главным образом, из-за трудностей изготовления усов желаемой морфологии и их неоднородности. Проблемы получения требуемых композитов решаются путем использования непрерывных волокон AI2O3, и в настоящее время этот способ более перспективен для получения практически полезных высокотемпературных композитов с металлической матрицей. Как было показано в данной главе, достаточно хорошо разработаны научные основы явлений на поверхности раздела и стабильности армированных окислами композитов при изготовлении их в присутствии жидкой фазы и в твердом состоянии, а также при по- [c.350]

Типичные микроструктуры композиционных материалов с металлической матрицей, полученные с использованием указанных выше армирующих упрочнителей, описаны ниже. На рис. 15 приведена микроструктура боралюминиевого композиционного материала, содержащего 45—50 об. % борного волокна диаметром 100 мкм, достаточно равномерно расположенного в алюминиевой матрице. Наблюдаемые трещины в некоторых волокнах появились, по-видимому, в процессе изготовления шлифа. В центре волокна четко виден сердечник, состоящий из борида вольфрама. На рис. 16 приведена микроструктура углеалюминиевого композиционного материала, в которой видно равномерное распределение углеродных волокон типа ВМН (с прочностью 200 кгс/мм и людулем упругости 24 ООО кгс/мм ). При увеличении 650 отсутствуют видимые следы взаимодействия. Материал получен пропиткой каркаса углеродных волокон матричным алюминиевым расплавом под давлением 50 кгс/см . На рис. 16, б при увеличении 1350 в том же материале видны следы взаимодействия в виде игольчатых [c.46]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...